DE1498548B2 - Device for determining the specific mass of a flowable medium - Google Patents
Device for determining the specific mass of a flowable mediumInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Bestimmung also in einem Bereich, in dem die Auflösung und
der spezifischen Masse eines fließfähigen Mediums damit die Meßgenauigkeit relativ ungünstig ist.
mit schwingfähig gelagertem Hohlkörper, der an Die Erfindung geht demgegenüber von der Erseiner
der Zu- und Abführung des zu untersuchen- kenntnis aus, daß die feste Betriebsfrequenz von der
den Mediums dienenden Seite an einer Halterungs- 5 Eigenfrequenz des schwingenden Hohlkörpers sovorrichtung
gehaltert ist, deren Eigenfrequenz wesent- wohl in dessen Meßzustand als auch in dessen Leerlich
geringer als diejenige des Hohlkörpers ist, laufzustand verschieden sein muß, um eine gute Aufferner
mit einer Schwingungserregereinrichtung und lösung, d. h. eine scharfe Meßwertbestimmung, und
einem Meßfühler. ein eindeutiges Ergebnis zu erzielen. Würde der Meß-The invention relates to a device for determination in a range in which the resolution and the specific mass of a flowable medium, thus the measurement accuracy, is relatively unfavorable.
The invention is based on the fact that the fixed operating frequency of the side serving the medium is supported on a support 5 natural frequency of the vibrating hollow body, whose Natural frequency is essentially lower than that of the hollow body in its measuring state as well as in its empty space, the running state must be different in order to achieve a good response with a vibration exciter device and solution, ie a sharp measurement value determination, and a measuring sensor. to achieve a clear result. Would the measuring
Bei bekannten Geräten dieser Art wird die Eigen- io bereich so vorgesehen sein, daß bei einem bestimmfrequenz des von dem zu untersuchenden Medium ten Meßzustand die Eigenfrequenz des Schwingers durchströmten, in Schwingungen versetzten Hohl- gleich der Erregungsfrequenz ist, so ergeben sich körpers gemessen, um daraus unter Verwendung be- zwangläufig zu beiden Seiten der Eigenfrequenz kannter physikalischer Beziehungen die spezifische mehrdeutige Meßpunkte. Dieser Nachteil wird durch Masse bzw. die Dichte des zu untersuchenden 15 die erfindungsgemäßen Maßgaben mit Sicherheit verMediums zu bestimmen. Bei diesen bekannten Ge- mieden.In known devices of this type, the intrinsic area will be provided so that at a certain frequency of the measured state of the medium to be examined is the natural frequency of the oscillator flow through, set in oscillation is equal to the excitation frequency, then result body measured in order to use it inevitably on both sides of the natural frequency known physical relationships the specific ambiguous measuring points. This disadvantage is caused by The mass or the density of the 15 to be examined, the stipulations according to the invention with certainty verMediums to determine. With these well-known shelters.
raten ist es also bei der Durchführung kontinuier- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derIn accordance with a preferred embodiment of the
licher quantitativer Messungen erforderlich, daß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Hohlkörper alsLicher quantitative measurements required that the invention provides that the hollow body as
von dem zu untersuchenden Medium durchströmte U-förmig gebogenes Rohr ausgeführt ist, dessenthrough which the medium to be examined flowed U-shaped bent tube is designed, whose
Körper fortlaufend bei der jeweiligen Eigenfrequenz ao offene Schenkelenden im Bereich der Halterungsvor-Body continuously at the respective natural frequency ao open leg ends in the area of the bracket
schwingt. Dadurch wird der Schwinger äußerst hohen richtung liegen und an dessen geschlossenem freiemswings. As a result, the transducer will be in an extremely high direction and at its closed free one
Belastungen ausgesetzt und neigt demgemäß zu Mate- Ende ein Schwinganker und ein Meßanker mecha-Exposed to loads and accordingly tends to mate- the end of a vibrating armature and a measuring armature mecha-
rialermüdungen. Außerdem ist gerade in der Nähe nisch befestigt sind. Gemäß einer anderen Ausfüh-rial fatigue. In addition, it is just attached to the nearby niche. According to another embodiment
der Eigenfrequenz des Schwingers die Auflösung rungsform, die vor allem für große Durchsatzmengenthe natural frequency of the oscillator is the form of resolution, especially for large throughput quantities
relativ schlecht, wodurch die Meßgenauigkeit ins- 25 des zu untersuchenden fließfähigen Mediums geeignetrelatively poor, which makes the measurement accuracy particularly suitable for the flowable medium to be examined
besondere bei geringen Änderungen der Meßgröße ist, besteht der Hohlkörper aus einem an seinemis particularly in the case of small changes in the measured variable, the hollow body consists of one on his
beeinträchtigt wird. einen Ende geschlossenen Rohr, dessen Zuführungis affected. one end closed tube, its feed
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ein in das Innere des Rohres geführter, an einer vonThe invention is based on the object of a guided into the interior of the tube, on one of
Gerät der eingangs genannten Art anzugeben, das dem Auslaß entfernten Stelle innerhalb des RohresDevice of the type mentioned to indicate the point remote from the outlet within the pipe
empfindliche und genaue Messungen über einen 30 endender Rohrstutzen ist.sensitive and accurate measurements over a 30-ended pipe socket.
relativ großen Bereich der zu messenden Massen- Zur Vergrößerung des Meßbereichs des erfin-Relatively large area of the mass to be measured- To enlarge the measuring range of the invented
werte ermöglicht und Verfälschungen des Meßergeb- dungsgemäßen Geräts ist als Weiterbildung der Erfin-values enables and falsifications of the measuring device according to the invention is a further development of the invention.
nisses unter allen Gesichtspunkten vermeidet. dung vorgesehen, daß mit dem Hohlkörper eine Ab-avoids nisses under all aspects. tion provided that with the hollow body an ab-
B ei der Lösung dieser Aufgabe beschreitet die Er- Stimmeinrichtung verbunden ist, mit der seine Eigen-When solving this problem, the voice device is connected to which his own
findung einen anderen Weg als bisher bekannte Ge- 35 frequenz einstellbar ist.finding a different way than the previously known frequency can be set.
rate dieser Art, wobei vor allem die bei ständigem Die Erfindung ist ferner durch eine die Schwin-Betrieb des Schwingers im Eigenfrequenzbereich auf- gung des Hohlkörpers bei seiner Eigenfrequenz vertretenden hohen Materialbelastungen vermieden hindernde elektrische Amplitudenbegrenzerschaltung werden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß weitergebildet, die bei einem einen bestimmten Pegel der Hohlkörper an seinem geschlossenen, freien Ende 40 übersteigenden Ausgangssignal die Schwingungsmechanisch mit der Schwingungserregereinrichtung erregervorrichtung abschaltet.rate of this kind, especially those with constant The invention is further by a the Schwin operation of the oscillator in the natural frequency range on account of the hollow body at its natural frequency high material loads avoided obstructive electrical amplitude limiter circuit will. According to the invention it is proposed that further training that occurs at a certain level the hollow body at its closed, free end 40 exceeding the output signal the vibration mechanics with the vibration exciter device turns off exciter.
verbunden ist, die mit'einer festen Frequenz betrie- Die Erfindung wird nur in der Kombination allerwhich is operated with a fixed frequency
ben ist, welche sich von der Eigenfrequenz des Hohl- im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gesehen;ben is which is seen from the natural frequency of the hollow in the main claim specified features;
körpers soweit unterscheidet, daß dieser auch in ge- für die Einzelmerkmale des Hauptanspruchs wirdbody differs to the extent that it is also used for the individual features of the main claim
: fülltem Zustand (Meßzustand) außerhalb seiner 45 kein Schutz beansprucht.: filled state (measurement state) outside of its 45 no protection claimed.
Eigenfrequenz schwingt und daß der Meßfühler Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der sieNatural frequency oscillates and that the sensor. The invention is described below with reference to them
eine an sich bekannte Einrichtung zur Messung beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen nähera per se known device for measuring, for example, reproducing drawings
der bei der festen Frequenz hervorgerufenen erläutert, in denen übereinstimmende oder gleich-those caused by the fixed frequency, in which matching or identical
Schwingungsamplitude, des Hohlkörpers ist und wirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen ver-Vibration amplitude, of the hollow body and acting components with the same reference numerals
mit der Schwingungserregereinrichtung direkt ge- 50 sehen sind,can be seen directly with the vibration exciter 50,
koppelt ist. F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindungis coupled. F i g. 1 shows an embodiment of the invention
Zur qualitativen Messung, und zwar insbesondere in teilweise geschnittenem Aufriß, bei der ein U-förzur Standmessung, ist bereits ein Gerät bekannt, bei miger Hohlkörper zur Bestimmung von Massenverdem eine Schaufel über eine mit fester Frequenz an- änderungen eines hindurchströmenden Mediums vergetriebene Feder in Schwingungen versetzt wird. 55 wendet wird;For qualitative measurement, in particular in a partially cut elevation, in which a U-förzur Stand measurement, a device is already known, with miger hollow body for the determination of mass deterioration a shovel displaced with a fixed frequency to changes in a medium flowing through it Spring is made to vibrate. 55 is turned;
Eine weitere Stab- oder Blattfeder überträgt die F i g. 2 ist ein Schaubild zur Erläuterung der BeSchwingungen
des Schwingers auf eine Amplituden- triebseigenschaften des Hohlkörpers;
meßvorrichtung, in der das Meßsignal entwickelt F i g. 3 ist ein Blockschaltbild einer bei der Erfinwird.
Beide Federn sind bei dem bekannten Gerät dung verwendeten Amplitudenbegrenzerschaltung;
etwa in der Mitte punktförmig gelagert, damit die 60 F i g. 4 zeigt teilweise im Schnitt eine weitere AusSchwingungen
von jeweils einem Federende zum führungsform der Erfindung, bei der ein zylindrischer
anderen Ende übertragen werden können. Bei die- Hohlkörper zur Materialmessung in Schwingungen
sem bekannten Gerät ist es nicht möglich, das zu versetzt wird;Another rod or leaf spring transmits the FIG. 2 is a diagram for explaining the vibrations of the vibrator on an amplitude drive properties of the hollow body;
measuring device in which the measuring signal develops F i g. 3 is a block diagram of one in which the invention is made. Both springs are amplitude limiter circuit used in the known device manure;
approximately in the middle supported point-like, so that the 60 F i g. 4 shows, partly in section, a further oscillation of in each case one spring end for the embodiment of the invention, in which a cylindrical other end can be transmitted. In the case of the hollow body for material measurement in vibrations sem known device, it is not possible to be offset;
untersuchende Strömungsmedium durch den Schwin- F i g. 5 zeigt teilweise im Schnitt eine weitere Ausger zu leiten, zumal selbst flexible Anschlußleitungen 65 führungsform der Erfindung, bei der ein zylindrischerinvestigating flow medium through the Schwin- F i g. 5 shows a further Ausger, partly in section to conduct, especially as even flexible connection lines 65 guide the invention, in which a cylindrical
zwangläufig das Meßergebnis verfälschen müßten. Hohlkörper mit einem Einlaß und einem Auslaß fürwould inevitably have to falsify the measurement result. Hollow body with an inlet and an outlet for
Überdies arbeitet das bekannte Gerät bevorzugt mit das Meßmedium versehen ist;In addition, the known device works preferably with the medium being measured;
der Eigenfrequenz als der festen Erregungsfrequenz, F i g. 6 ist eine teilweise geschnittene Darstellungthe natural frequency as the fixed excitation frequency, F i g. 6 is a partially sectioned view
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des Gerätes mit einer Vorrichtung zur Kompensie- hineinragt und dort mit dem Magnetanker 58 ver-of the device with a device for compensation protrudes and there with the magnet armature 58
rung von Frequenzänderungen der Körperschwin- sehen ist, der bei seinen Schwingungen in der Wick-tion of frequency changes is the body vibration, which with its vibrations in the winding
gungen auf Grund von Temperaturänderungen; lung 38 eine Spannung induziert, die für die Schwin-changes due to temperature changes; ment 38 induces a voltage that is responsible for the
F i g. 7 zeigt das erfindungsgemäße Gerät mit einer gungsamplitude des Körpers 11 kennzeichnend ist.F i g. 7 shows the device according to the invention with a movement amplitude of the body 11 which is characteristic.
anderen Ausführungsform einer Temperatur-Kom- 5 Die Stange 54, die Schwingungserregereinrichtung 36,Another embodiment of a temperature com- 5 The rod 54, the vibration exciter device 36,
pensationseinrichtung; 56 und die Amplitudenmeßeinrichtung 38, 58 sindpension scheme; 56 and the amplitude measuring device 38, 58 are
F i g. 8 zeigt im Querschnitt und im vergrößerten mit dem Hohlkörper 11 verbunden. In F i g. 1F i g. 8 shows in cross section and in an enlarged view connected to the hollow body 11. In Fig. 1
Maßstab die Anschlußstelle für die Hohlkörper; schwingt die Stange 54 in der Ebene, in der beideScale the connection point for the hollow body; the rod 54 swings in the plane in which both
F i g. 9 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Fre- Schenkel des U-förmigen Körpers 11 liegen, in demF i g. 9 is a diagram for explaining the Fre legs of the U-shaped body 11 in which
quenzbeziehungen der verschiedenen Bauteile des io sich das zu untersuchende Material befindet. Diethe various components of the io where the material to be examined is located. the
erfindungsgemäßen Geräts. Amplitudenänderung bei Auftreten einer Massen-device according to the invention. Change in amplitude when a mass
In F i g. 1 ist bei 10 eine Ausführungsform eines änderung des durch den Körper 11 hindurchströmen-In Fig. 1 is at 10 an embodiment of a change in the flow through the body 11
Gerätes zur Bestimmung der Masse oder der Massen- den Materials wird dabei angezeigt. : The device for determining the mass or the mass of the material is displayed. :
änderungen von fließfähigem Material gezeigt. Das Die Anker 56 und 58 sind daher fest mit demchanges of flowable material shown. The anchor 56 and 58 are therefore fixed to the
Gerät 10 weist eine Schwingungserregereinrichtung 15 Hohlkörper 11 verbunden. Die Arme 53 und 55 be-: Device 10 has a vibration exciter device 15 connected to hollow body 11. Arms 53 and 55 load :
36, 56 und eine Einrichtung zur Ermittlung der stehen vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen36, 56 and a device for determining the stand preferably from a non-magnetic
Schwingungsamplitude 38, 58 eines Hohlkörpers 11 Material, um den Schwinganker 56 und den AnkerVibration amplitude 38, 58 of a hollow body 11 material around the oscillating armature 56 and the armature
auf, der von dem zu untersuchenden Material durch- 58 voneinander zu isolieren und eine gegenseitigeto isolate the material to be examined through 58 from one another and from one another
strömt wird. magnetische Beeinflussung zu verhindern. Die Stangeis flowing. to prevent magnetic influence. The pole
Die Schwingungserregereinrichtung 36, 56 sowie 20 54 besitzt eine Verlängerung 51, die auf einem Gedie
Amplitudenmeßeinrichtung 38, 58 sind in einem winde eine Mutter 58 trägt. Wird die Lage der Mut-Gehäuse
12 untergebracht, das einen mittleren T-för- ter 58 auf dem Verlängerungsstück 51 verändert, so
migen Rohrabschnitt 14 und rohrförmige End- läßt sich damit die Eigenfrequenz des Körpers 11
abschnitte 16 und 18 besitzt. Der mittlere Abschnitt ändern, um das Gerät abzustimmen und das jeweils
14 besitzt an seinem freien Ende 20 ein Außen- 25 erforderliche Betriebsverhalten zu erzielen,
gewinde, mit dem er an einer Halterung 21 ange- Im Inneren des Mittelabschnitts des Gehäuses 14
schlossen ist. sind Führungsteile 73 und 75 befestigt, in denen öff-The vibration exciter device 36, 56 and 20 54 has an extension 51, which on a Gedie amplitude measuring device 38, 58 is a nut 58 carries in a wind. If the position of the courage housing 12 is accommodated, which changes a central T-conveyor 58 on the extension piece 51, the tubular section 14 and tubular end sections 16 and 18 can thus have the natural frequency of the body 11. Change the middle section to tune the device and each 14 has at its free end 20 an external 25 required performance,
thread with which it is attached to a bracket 21 inside the central portion of the housing 14 is closed. guide parts 73 and 75 are attached, in which open-
Die Schwingungserregereinrichtung, die aus einer nungen zur Führung der Arme 55 bzw. 53 vorelektromagnetischen Wicklung 36 und einem Schwing- gesehen sind. Die Führungsteile 73, 75 bestimmen anker 56 besteht, ist in dem Gehäuseendabschnitt 16 30 die Schwingungsrichtung der Stangen 53 und 55 und untergebracht. Eine Abschlußplatte 24, die als Be- bilden gleichzeitig eine Sicherung gegenüber großen festigung für die Schwingungserregereinrichtung 36, Ausschlägen.The vibration exciter, which consists of a voltage for guiding the arms 55 and 53 pre-electromagnetic Winding 36 and a swing are seen. The guide parts 73, 75 determine anchors 56, is in the housing end portion 16 30 the direction of oscillation of the rods 53 and 55 and housed. An end plate 24, which as a form at the same time a backup against large fastening for the vibration exciter device 36, deflections.
56 dient, ist durch einen Paßstift 28 oder durch an- Wird der Anker 56 in Abhängigkeit von dem dere geeignete Mittel am Gehäuse 12 gehaltert. Eine über die Leiter 41 und 44 zugeführten elektrischen rohrförmige, nichtmagnetische Hülse 32 sitzt in einer 35 Signal in Schwingungen versetzt, so schwingt auch Senkbohrung in der Platte 24 und erstreckt sich in der Körper 11 mit dem durch ihn durchströmenden das -Innere des Abschnittes 16. Innerhalb des Rohr- Medium in Abhängigkeit von diesem Signal. Der abschnittes 16 umgibt die elektromagnetische Wick- Magnetanker 58 schwingt ebenfalls, und zwar in Ablung 36 die Hülse 32 und ist an dieser befestigt. hängigkeit von der Schwingung des Hohlkörpers 11, Elektrische Zuleitungen 41 und 44 von einer äußeren 40 und induziert in der Wicklung 38 ein Signal, das der Betriebsstromquelle führen an die Wicklung 36, die Schwingungsamplitude des Körpers 11 proportional den Schwinganker 56 erregt, der mit einem Arm 55 ist. Um eine Blockierung der Schwingungen des Körmit einer Verbindungsstange 54 verbunden ist, die pers 11 zu vermeiden, ist er an Auflagestellen 60 und aus einem weiteren Arm 53 ein Kreuz bildet. Die 62 auf einer geeigneten Halterung gelagert. Die Auf-Verbindungsstange 54 ihrerseits ist mit dem Hohl- 45 lagestellen 60 und 62 liegen im Bereich der Knotenkörper 11 verbunden und erregt diesen entsprechend punkte der Eigenfrequenz des Körpers 11; der Körder Frequenz der Betriebsstromquelle. per wird jedoch über den Anker 56 mit einer von; 56 is used by a dowel pin 28 or by an- If the armature 56 is supported on the housing 12 depending on the appropriate means. An electrical tubular, non-magnetic sleeve 32 fed in via the conductors 41 and 44 sits in a signal set in vibration, so the counterbore in the plate 24 also vibrates and extends into the body 11 with the inside of the section 16 flowing through it. Within the pipe medium depending on this signal. The section 16 surrounds the electromagnetic Wick magnet armature 58 also oscillates, namely in ablation 36 the sleeve 32 and is attached to this. dependence on the oscillation of the hollow body 11, electrical leads 41 and 44 from an outer 40 and induces a signal in the winding 38, which leads the operating current source to the winding 36, the oscillation amplitude of the body 11 proportionally excites the oscillating armature 56, which with one arm 55 is. In order to block the vibrations of the body, which is connected to a connecting rod 54, which pers 11 is to avoid, it is at support points 60 and forms a cross from a further arm 53. The 62 is stored on a suitable holder. The up-connecting rod 54, for its part, is connected to the hollow 45 locations 60 and 62 are in the area of the node body 11 and excites this according to points of the natural frequency of the body 11; the conveyor frequency of the operating power source. however, via the armature 56 with one of ;
In dem Gehäuseabschnitt 18 ist die Einrichtung seiner Eigenfrequenz verschiedenen Frequenz erregt, zur Messung der Amplitude untergebracht, die eben- Falls es erforderlich sein sollte, größere Veränderunfalls aus einer elektromagnetischen Wicklung 38 und 50 gen der Eigenfrequenz des Körpers 11 vorzunehmen einem Magnetanker 58 besteht. Eine Platte 26 dient als durch Verstellung der Mutter 58 möglich ist, so als Halterung für diese Einrichtung und ist in dem, kann dies durch ringförmige Verstellhülsen 64 und mittleren Bereich des Gehäuses 18 durch einen Paß- 66 geschehen, die den Körper 11 mit dem halternden stift 30 befestigt. In der Platte sitzt eine nichtmagne- Gehäuse 21 verbinden. Die Verstellhülsen 64 und 66 tische Hülse 34 im Bereich des Gehäuseendes 18. 55 können in Richtung der unterbrochen gezeichneten; Ein Permanentmagnet 42 ist innerhalb der elektro- Linien verschoben werden.In the housing section 18 the device is excited to its natural frequency different frequency, housed for measuring the amplitude, which should also if necessary, larger change accidents to make the natural frequency of the body 11 from an electromagnetic winding 38 and 50 gene a magnet armature 58 consists. A plate 26 is used as is possible by adjusting the nut 58 so as a holder for this device and is in the, this can be done by annular adjustment sleeves 64 and middle area of the housing 18 done by a fitting 66, which the body 11 with the retaining pin 30 attached. A non-magnet housing 21 sits in the plate. The adjustment sleeves 64 and 66 table sleeve 34 in the area of the housing end 18. 55 can be drawn in the direction of the interrupted; A permanent magnet 42 is to be moved within the electro-lines.
magnetischen Wicklung 38 an einem Ende der nicht- Die Betriebskennlinien des Körpers 11 lassen sichmagnetic winding 38 at one end of the non- The operating characteristics of the body 11 can be
magnetischen Hülse 34 untergebracht. An der Wick- somit durch Veränderung der Eigenfrequenz beein-magnetic sleeve 34 housed. At the Wick- thus influenced by a change in the natural frequency
Iung38 befinden sich elektrische Verbindungen 46 flüssen. Größere Verstellungen werden durch Ver-Iung38 there are electrical connections 46 flows. Larger adjustments are made by
und 48, die das in der Wicklung 38 (Meßfühler) er- 60 schieben der ringförmigen Hülsen 64 und 66 bezüg-and 48, which slide 60 in the winding 38 (measuring sensor) of the annular sleeves 64 and 66 with respect to
zeugte Signal an eine elektrische Anzeige- oder Meß- lieh des Körpers 11 vorgenommen, um den erforder-testified signal to an electrical display or measurement borrowed the body 11 made to the required
einrichtung leiten. liehen Frequenzbereich für die Messungen zu er-manage facility. borrowed frequency range for the measurements
Der Schwinganker 56 schwingt in Abhängigkeit reichen, während eine Feineinstellung auf Grund derThe oscillating armature 56 oscillates depending on the range, while fine adjustment is based on the
von der Frequenz der an die Wicklung 36 angelegten Verlagerung des Gewichtes der Mutter 59 auf demon the frequency of the displacement of the weight of the nut 59 applied to the winding 36 on the
Spannung und bewirkt, daß auch die Verbindungs- 65 Arm 51 erfolgt.Tension and causes the connecting arm 51 to also take place.
stange 54 und der Hohlkörper 11 mit der Erreger- In F i g. 9 sind die zweckmäßigen Frequenzbeziefrequenz schwingen. An der Stange 54 sitzt der Arm hungen der verschiedenen Bauteile des Gerätes 10 53, der in die rohrförmige Hülse 34 der Wicklung 38 untereinander dargestellt. Das Schaubild zeigt dierod 54 and the hollow body 11 with the exciter In F i g. 9 are the appropriate frequency reference frequency swing. The arm of the various components of the device 10 is seated on the rod 54 53, which is shown in the tubular sleeve 34 of the winding 38 one below the other. The diagram shows the
Kurven für das Resonanzverhalten der Bauteile, wobei die Kurve 120 für die Halterung 21 gilt, die Kurve 122 für den Hohlkörpern und die Kurve 124 für den Frequenzverlauf der Vibrations- und Meßeinheit einschließlich der Stange 54 und der Verbindungsorgane wiedergibt. Man erkennt, daß bei der Kurve 120 die Resonanz bei einer wesentlich geringeren Frequenz als bei der für den Körper 11 maßgeblichen Kurve 122 auftritt. Die Schwingungen der Halterung 21 beeinträchtigen somit das Ausgangssignal gemäß der Kurve 122 nicht, denn bei dieser Kurve treten Veränderungen in Abhängigkeit von Veränderungen der durch den Körper 11 hindurchströmenden Masse auf. Die Eigenfrequenz der mit der Stange 54 verbundenen Schwingungserreger- und Meßeinrichtungen wird so gewählt, daß sie gemäß der Kurve 124 wesentlich höher als die Eigenfrequenz des Körpers 11 liegt. Der Unterschied der Eigenfrequenzen der verschiedenen Bauelemente des Gerätes 10 bietet daher Sicherheit, daß die jeweils zu messende Masse des Körpers 11 (einschließlich des zu untersuchenden Materials) nicht in einer die Messung verfälschenden Weise beeinflußt wird.Curves for the resonance behavior of the components, curve 120 applying to holder 21, the curve 122 for the hollow bodies and curve 124 for the frequency curve of the vibration and measuring unit including the rod 54 and the connecting members. You can see that in the curve 120 the resonance at a significantly lower frequency than that which is decisive for the body 11 Curve 122 occurs. The vibrations of the holder 21 thus affect the output signal according to FIG of curve 122, because changes occur in this curve as a function of changes the mass flowing through the body 11. The natural frequency of the connected to the rod 54 Vibration exciter and measuring devices are selected in such a way that they operate according to curve 124 is much higher than the natural frequency of the body 11. The difference in natural frequencies of the various components of the device 10 therefore offers security that the mass to be measured of the body 11 (including the material to be examined) does not falsify the measurement Way is affected.
In F i g. 2 zeigen zwei Betriebskennlinien 67 und 78 das Ansprechverhalten des Hohlkörpers 11 auf verschiedene Frequenzen oder den Ausgangswert der Spannung aus der Wicklung 38 in Abhängigkeit von der Frequenz des Körpers 11. Die maximale Empfindlichkeit tritt an den Scheitelpunkten der Kurve auf, d. h. dann, wenn der Körper 11 bei seiner Eigenfrequenz schwingt. Aus verschiedenen Gründen ist es jedoch nachteilig, bei der Eigenfrequenz zu arbeiten. Einmal ergibt sich bei der Eigenfrequenz ein Bereich mit sehr schlechter Auflösung, was zu einem instabilen Ausgangssignal führt. Da die Betriebskennlinie bezüglich der Eigenfrequenz symmetrisch verläuft, so befindet sich beiderseits des Wertes der Eigenfrequenz jeweils ein Punkt, z. B. B und E, bei dem das gleiche Ausgangssignal abgegeben wird, zu dem jedoch verschiedene Betriebsfrequenzen gehören, so daß sich für die Messung zwei verschiedene Massenwerte für das Material innerhalb des Körpers 11 ergeben würden. Für die Betriebskennlinie 76 in F i g. 2 ist es zweckmäßig, den Körper 11 mit Frequenzen im Bereich von A bis B auf einer Seite der Eigenfrequenz zu erregen, der neben der Eigenfrequenz liegt. Ist eine größere Empfindlichkeit erwünscht, so kann die Eingangsspannung an der Wicklung 36 so weit erhöht werden, daß das Gerät 10 auf der Kennlinie 78 im Bereich von C bis D arbeitet und dadurch ein unterscheidungskräftigeres Ausgangssignal für die gleichen Frequenzänderungen liefert.In Fig. 2 show two operating characteristics 67 and 78 the response behavior of the hollow body 11 to different frequencies or the output value of the voltage from the winding 38 as a function of the frequency of the body 11. The maximum sensitivity occurs at the apexes of the curve, ie when the body 11 oscillates at its natural frequency. For various reasons, however, it is disadvantageous to work at the natural frequency. On the one hand, the natural frequency results in a range with very poor resolution, which leads to an unstable output signal. Since the operating characteristic is symmetrical with respect to the natural frequency, there is a point on either side of the natural frequency value, e.g. B. B and E, in which the same output signal is emitted, but to which different operating frequencies belong, so that two different mass values for the material within the body 11 would result for the measurement. For the operating curve 76 in FIG. 2, it is expedient to excite the body 11 with frequencies in the range from A to B on one side of the natural frequency, which is next to the natural frequency. If greater sensitivity is desired, the input voltage at winding 36 can be increased so that device 10 operates on characteristic curve 78 in the range from C to D and thereby provides a more distinctive output signal for the same frequency changes.
Ein weiterer Grund, den Körper 11 nicht bei seiner Eigenfrequenz zu betreiben, ist darin zu sehen, daß bei einer erhöhten Antriebsleistung zur Beseitigung äußerer Störeinflüsse der metallische Hohlkörper 11 ermüdet bzw. beschädigt wird. Der Körper 11 sollte deshalb weit von der Eigenfrequenz entfernt erregt werden, damit eine größere Antriebsleistung verwendet werden kann und dabei nicht die große Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen und Ermüdungserscheinungen auftritt. Aus diesem Grunde werden obere Grenzen vorgesehen, oberhalb derer der Körper 11 nicht erregt werden sollte; bezüglich der Kurve 76 liegt die maximale Amplitude bei der Linie 80 und bezüglich der Kurve 78 bei der Linie 82.Another reason not to operate the body 11 at its natural frequency is to be seen in that with an increased drive power to eliminate external interference, the metallic hollow body 11 is fatigued or damaged. The body 11 should therefore be far removed from the natural frequency be excited so that a larger drive power can be used and not the large one Sensitivity to external influences and signs of fatigue occurs. For this reason upper limits are provided above which the body 11 should not be excited; in terms of of curve 76, the maximum amplitude lies at line 80 and, with respect to curve 78, at line 82.
Zu F i g. 3 ist in einem Blockdiagramm eine Antriebsschaltung 84 gezeigt, welche die erforderliche Spannung der Spulenwicklung 36 des Gerätes 10 zuführt. Ferner ist eine Meßschaltung 86 zum Empfang des Ausgangssignals von der Spulenwicklung 38 vorgesehen. Um die Schwingungsamplitude unterhalb derer der Eigenfrequenz zu halten, ist eine elektrische Amplitudenbegrenzerschaltung 88 vorgesehen, die das Ausgangssignal aus dem Gerät 10 empfängt und bei Auftreten eines zu großen Amplitudenwertes, beispielsweise oberhalb der Linien 80 und 82 in F i g. 2, die Antriebsschaltung 84 abschaltet und gegebenenfalls ein nicht dargestelltes Alarmgerät in Tätigkeit setzt.To F i g. 3, there is shown in a block diagram a drive circuit 84 which provides the required Voltage of the coil winding 36 of the device 10 supplies. There is also a measuring circuit 86 for reception of the output signal from the coil winding 38 is provided. To the oscillation amplitude below those of the natural frequency, an electrical amplitude limiter circuit 88 is provided that the Receives output signal from device 10 and if too large an amplitude value occurs, for example above lines 80 and 82 in FIG. 2, the drive circuit 84 switches off and if necessary activates an alarm device (not shown).
Wenn der Meßbereich vergrößert werden soll, kann die Eigenfrequenz des Hohlkörpers 11 durch Verstellung der ringförmigen Hülsen 64 und 66 erhöht werden, indem man letztere nach oben in Richtung der gestrichelten Linien so verschiebt, daß ein breiterer Frequenzbereich entsprechend der Kurve 90 in F i g. 2 zwischen den Punkten G und H zur Verfügung steht.If the measuring range is to be increased, the natural frequency of the hollow body 11 can be increased by adjusting the annular sleeves 64 and 66 by shifting the latter upwards in the direction of the dashed lines so that a wider frequency range corresponding to curve 90 in FIG. 2 is available between points G and H.
Der U-förmige Hohlkörper gemäß F i g. 1 kann an gewöhnliche Betriebsleitungen angeschlossen werden. Das unter Druck strömende Material kann gemessen werden, ohne daß der Fluß bzw. die Verarbeitung des strömenden Materials unterbrochen zu werden braucht. Geeignete Anschlußstücke 94 (Fig. 8) umfassen die aufgeweiteten Enden des Rohres 11 und des Rohrmantels 92, in denen ein Verbindungsstück 96 mit einer konischen Anschlußfläche 98 sitzt, die mit einem Gegenkonus 100 von außen zusammenwirkt, um die aufgeweiteten Enden des Rohres 11 und des Mantels 11 festzuklemmen und eine gegen Korrosion schützende Abdichtung herzustellen.The U-shaped hollow body according to FIG. 1 can be connected to ordinary service lines will. The material flowing under pressure can be measured without affecting the flow or processing of the flowing material needs to be interrupted. Suitable fittings 94 (Fig. 8) comprise the flared ends of the pipe 11 and the pipe jacket 92, in which a Connection piece 96 with a conical connection surface 98 is seated with a mating cone 100 of cooperates externally to clamp the flared ends of the tube 11 and the jacket 11 and to produce a seal that protects against corrosion.
F i g. 4 und 5 zeigen andere Ausführungsformen der Erfindung, wobei hier die entsprechenden Bezugszeichen aus Fig. 1 jeweils mit dem Zusatz »α« und »b« versehen sind.F i g. 4 and 5 show other embodiments of the invention, the corresponding reference numerals from FIG. 1 being given the suffix “α” and “b” .
Gemäß Fig. 4 ist der Hohlkörper in Form eines Hohlzylinders vorgesehen. In diesem Fall gelangt das zu untersuchende Material in größerem Volumen in den Körper 102, so daß kleinere Veränderungen in der Masse des Materials ermittelt werden können als in dem U-Rohr nach Fig. 1. ■'■■'■■"■ 'According to FIG. 4, the hollow body is provided in the form of a hollow cylinder. In this case, the material to be examined enters the body 102 in a larger volume, so that smaller changes in the mass of the material can be determined than in the U-tube according to FIG. 1. ■ '■■' ■■ "■ '
Ist gleichzeitig ein größerer Materialaufnahmekörper und die Messung von Massen Veränderungen eines strömenden Materials erforderlich, so kann die Ausführungsform nach F i g. 5 Anwendung finden. Ein Hohlzylinder bzw. Rohr 104 wird bezüglich der Basis der Halterung 21 δ in Schwingung versetzt. Er enthält einen Einlaßstutzen 106 und einen Auslaßstutzen 108, von denen einer an der einen Seite und der andere an der entgegengesetzten Seite im Inneren des Hohlzylinders 104 endet. Beide Rohrstutzen 106, 108 sind mit gegenseitigem Abstand angeordnet, um zur genauen Messung von Massenänderungen sicherzustellen, daß das Material innerhalb des Zylinders fortlaufend auf Grund der Strömung durch die Einlaßstützen 106 und Auslaßstutzen 108 ausgetauscht wird. Vorzugsweise sind die Einlaß- und Auslaßstutzen 106,108 an dem bezüglich der Verbindung mit dem Schwingungssystem entgegengesetzten Ende des Hohlzylinders 104 befestigt, damit die Schwingungen des Körpers 104 und damit die Meßwerte nicht beeinträchtigt werden.Is at the same time a larger material receiving body and the measurement of mass changes of a flowing material is required, the embodiment according to FIG. 5 apply. A hollow cylinder or tube 104 is caused to vibrate with respect to the base of the holder 21 δ. He includes an inlet port 106 and an outlet port 108, one of which is on one side and the other ends on the opposite side in the interior of the hollow cylinder 104. Both pipe sockets 106, 108 are spaced apart to ensure accurate measurement of mass changes that the material within the cylinder is continuous due to the flow through the inlet supports 106 and outlet port 108 is exchanged. Preferably the inlet and outlet ports are 106,108 at the opposite end with respect to the connection with the vibration system of the hollow cylinder 104 attached, so that the vibrations of the body 104 and thus the measured values not be affected.
Das neue Gerät kann auf einem Halterungsstativ gemäß Fig. 5 befestigt sein.The new device can be attached to a support stand as shown in FIG.
Da der schwingende Hohlkörper 11 üblicherweise aus Metall besteht, ändert sich sein Elastizitätsmodul bei Temperaturänderungen, und somit ändert sich auch die Eigenfrequenz und die Betriebslcennlinie bei veränderten Temperaturen. F i g. 6 zeigt eine Temperatur kompensierende Absteifung 110, die an ihrem einen Ende mit der Halterung 21 verbunden und T-förmig ausgebildet ist, wobei die Enden des T mit den Schenkeln des U-förmigen Körpers 11 verbunden sind. Die die Temperatur kompensierende Versteifung 110 besteht aus einer Metallegierung mit einem konstanten Wärmeausdehnungskoeffizienten.Since the vibrating hollow body 11 usually consists of metal, its modulus of elasticity changes with temperature changes, and thus the natural frequency and the operating characteristic also change with changed temperatures. F i g. 6 shows a temperature compensating brace 110 attached to its one end is connected to the bracket 21 and is T-shaped, the ends of the T are connected to the legs of the U-shaped body 11. The one that compensates for the temperature Stiffener 110 consists of a metal alloy with a constant coefficient of thermal expansion.
F i g. 7 zeigt eine andere Ausführung einer an dem neuen Gerät angebrachten Temperaturkompensationsemrichtung. Eine auf dem U-förmigen Hohlkörper 11 verschiebbare Muffe 112 ist nachgiebig in der Richtung vorgespannt, in der sie eine Verringerung der Eigenfrequenz des Körpers 11 hervorrufen würde. Hierzu dient eine Druckfeder 114 mit einem konstanten Temperaturausdehnungskoeffizienten. Der Bewegung der Abstimm-Muffe 112 wirkt eine Druckfeder 116 entgegen, deren Druck bei Temperaturerhöhungen nachläßt. Bei Temperaturerhöhungen wird somit die Eigenfrequenz des Körpers 11 verringert. Da jedoch gleichzeitig die von der Feder 116 ausgeübte Kraft abnimmt, wird die Muffe 112 auf Grund der Feder 114 in Richtung der Lagerstellen 62 und 64 verschoben, so daß die Eigenfrequenz des Köroers 11 auch bei Temperaturänderungen erhalten bleibt.F i g. Figure 7 shows another embodiment of a temperature compensation device attached to the new device. A sleeve 112 displaceable on the U-shaped hollow body 11 is resiliently biased in the direction in which it is reduced the natural frequency of the body 11 would cause. For this purpose, a compression spring 114 is used with a constant temperature expansion coefficient. A compression spring acts on the movement of the tuning sleeve 112 116 against, the pressure of which decreases when the temperature increases. When the temperature rises the natural frequency of the body 11 is thus reduced. However, since the spring 116 As the force exerted decreases, the sleeve 112 is moved in the direction of the bearing points 62 due to the spring 114 and 64 shifted, so that the natural frequency of the body 11 is maintained even with temperature changes remain.
Gemäß F i g. 1 ist über die Leiter 41 und 44 eine elektrische Stromquelle an die Spulenvorrichtung 36 angeschlossen, welche die Schwingungserregereinrichtung für den zu erregenden Hohlkörper 11 darstellt. Wird die Spulenwicklung 36 mit Wechselstrom erregt, so wird der Schwinganker 56 abwechselnd angezogen und wieder freigegeben, so daß die Verbindungsstange 54 mit der Frequenz der Stromquelle schwingt. Die Schwingung des Armes 54 wird direkt auf den Hohlkörper 11 übertragen. Die Schwingung des Hohlkörpers 11 überträgt sich jedoch zurück auf die Stange 54 und auf den Anker 58. Die Fühlerspule 38 erzeugt somit eine Spannung auf Grund der Schwingungen des Ankers 58 im Feld des Permanentmagneten 42. Das von der Fühlerspule 38 erzeugte Signal wird über Leitungen 46 und 48 an eine beliebige elektrische Schaltung mit einer nicht dargestellten Anzeige- oder Kontrolleinrichtung geführt. Der Wert oder die Änderungen der Masse des Materials, das durch den Hohlkörper 11 strömt, beeinflußt die Schwingungsamplitude des Hohlkörpers 11, was wiederum auf die Amplitude des Schwingankers 58 rückwirkt.According to FIG. 1, an electrical power source is connected to the coil device 36 via the conductors 41 and 44 and represents the vibration exciter device for the hollow body 11 to be excited. If the coil winding 36 is excited with alternating current, the oscillating armature 56 is alternately attracted and released again, so that the connecting rod 54 oscillates at the frequency of the power source. The vibration of the arm 54 is transmitted directly to the hollow body 11. However, the vibration of the hollow body 11 is transferred back to the rod 54 and on the armature 58. The sensing coil 38 thus produces a voltage due to the vibrations of the armature 58 in the field of the permanent magnet 42. The signal generated by the sensor coil 38 is connected via lines 46 and 48 to any electrical circuit with a display or control device, not shown. The value or the changes in the mass of the material flowing through the hollow body 11 influences the oscillation amplitude of the hollow body 11, which in turn affects the amplitude of the oscillating armature 58.
Vorzugsweise wird eine feste Frequenz verwendet, beispielsweise eine Frequenz von 60 Hz, so daß der Körper 11 mit 120 Perioden pro Sekunde schwingt. Man erkennt aus F i g. 2, daß die Eigenfrequenz des Hohlkörpers 11 von diesem Betriebswert abseits liegt. Die Kurve 90 zeigt eine typische Betriebskennlinie für eine Frequenz von 60 Hz, bei der von dem Körper 120 Schwingungen pro Sekunde ausgeführt werden, wogegen dessen Eigenfrequenz bei 140 Hz liegt. Der Betriebsbereich für das zu untersuchende Material liegt in diesem Fall zwischen den Punkten G und H. Die Einstellung der Eigenfrequenz des Körpers erfolgt durch Verstellung der Hülsen 64 und 66 längs der Schenkel des Körpers 11, weil dadurch der Auflagerpunkt und die Steifigkeit der Schenkel des Körpers verändert werden. Eine feinere Verstellung erfolgt über die Mutter 58 auf der Verlängerung der Stange 51. Die Eigenfrequenz des Körpers 11 hängt natürlich von der Schwingungsrichtung ab. Erfolgen die Schwingungen entsprechend der Darstellung in F i g. 1, so liegt eine relativ hohe Eigenfrequenz im Vergleich zu dem Fall vor, wenn der Körper 11 in Querrichtung seiner Ebene seiner Schenkel erregt würde.A fixed frequency is preferably used, for example a frequency of 60 Hz, so that the body 11 vibrates at 120 periods per second. It can be seen from FIG. 2 that the natural frequency of the hollow body 11 is apart from this operating value. Curve 90 shows a typical operating characteristic for a frequency of 60 Hz, at which the body executes 120 oscillations per second, whereas its natural frequency is 140 Hz. The operating range for the material to be examined is in this case between points G and H. The natural frequency of the body is adjusted by adjusting the sleeves 64 and 66 along the legs of the body 11, because this creates the support point and the rigidity of the legs of the body to be changed. A finer adjustment takes place via the nut 58 on the extension of the rod 51. The natural frequency of the body 11 naturally depends on the direction of oscillation. If the vibrations take place as shown in FIG. 1, there is a relatively high natural frequency compared to the case if the body 11 were excited in the transverse direction of its plane of its thighs.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |